本发明属于湖泊生态修复领域，更具体涉及一种用于迎风面堤岸的基底改善与生态修复的方法，适合湖泊、河流、水库、池塘等具迎风面堤岸的基底改善与生态修复。
背景技术：
国内在具迎风面的或具较大冲刷能力的水体岸线多构建硬质堤岸，其目的是防止风浪的作用造成堤岸内部的土壤基质受到侵蚀、淘空甚至塌陷，确保堤岸的稳固性。然而，硬质堤岸不易植被的生长和小型动物的繁殖，从而导致植被稀少，物种多样性较低，生态系统脆弱，生态景观效果差，对流经堤岸的污染物的缓冲能力几乎为零，从而影响滨岸带水体的水质和生态系统。堤岸总的发展趋势是将工程防护和植被修复相结合，其中对于坡体表面局部失稳、易溜坍、易冲刷的边坡，一般都采用三维土工网、土工格栅、土工网、土工格室和浆砌片石框格骨架等工程措施和植被防护相结合。对于深层失稳，容易产生滑坡的边坡，则采用钢筋混凝土形成框架，用锚杆或锚索加固边坡的工程措施与植被护坡相结合，但堤岸的稳固性和植物修复往往存在矛盾。目前以生态混凝土为重要载体发展起来的新型堤岸技术得以广泛应用，其优点在于具备防风浪淘蚀、高透水性与孔隙度、高稳固性、植生性、易于形成微生物膜、易于植物根系发育生长等，可以在稳定堤岸的同时，又利于植被的生长繁殖。
技术实现要素：
本发明目的是在于提供了一种用于水体迎风面堤岸的基底改善与生态修复的方法，对传统的生态混凝土配方进行优化改良，充分发挥生态混凝土现浇与模块的各自优势，从而较大程度提高了生态混凝土的物化与植生性能。同时对生态混凝土孔洞或模块内的基质进行改善，筛选有机质活性高且吸附位点多的原位土壤和能有效吸收磷且根系或残体有助于反硝化作用的土著植被类型。在此基础上，兼顾生态混凝土、原位土壤、植被三者之间的相互关系，将三者合理优化组合并应用到迎风面堤岸不同水位高度破面的生态修复工程中，充分体现植生性、稳固性、景观性、协调性等特点。该方法应用到迎风面堤岸既可稳固堤岸，又可绿化堤岸，且能有效拦截营养，工程造价和维护成本低，具有重要推广应用价值。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于迎风面堤岸的基底改善与生态修复方法，其步骤是：
1、区域选择。工程实施区域应选择风浪较大（4－6级风）或冲刷较强的堤岸（湖泊、水库、河流等），堤岸附近具备工程实施条件：堤岸坡度在15-55度之间，具备施工车（搅拌车、运输车等）作业场地和道路(一般均可)；
2、破面平整压实。修整堤岸坡面，达到平整的目的，同时对堤岸土壤进行压实加固，确保土壤破面稳固，堤岸坡度以1:2-1:1为佳；
3、生态混凝土构建。按照生态混凝土中各组分比例进行混合配比，各成分和配比比例为：江砂300-350kg，粒径为10-20mm的碎石900-1000kg，水泥（P.O42.5R）180-200kg，水40-50L，掺合剂45-50kg，选用粉煤灰和矿渣等，化学添加剂30-35kg，选用聚合乳液、木质素磺酸盐、糖蜜等。将江砂、碎石、水泥、水、掺合剂、化学添加剂等搅拌混匀后部分（具体比例根据生态混凝土构件和现浇生态混凝土所需用量而定）添加到生态混凝土球形预制块中，球成型后用Φ18钢筋进行连接，球体之间形成长度约98-102mm的方孔，待生态混凝土凝固后拆除预制块，自然晾干，养护三十天以上，五十天以下，形成生态混凝土构件。部分（具体比例根据生态混凝土构件和现浇生态混凝土所需用量而定）搅拌混匀的生态混凝土留用制作现浇生态混凝土；
4、改良土壤制备。筛选当地原位土壤，如红壤、棕红壤、黄壤等，并对原位土壤进行改良，添加少量（土壤与矿石质量比为:10-30：1）天然矿石（以含铁、锰、铝、钙等为主），如方解石、铁锰颗粒、沸石、高岭土等，同时添加少量（土壤与碎屑质量比为:50-150：1）有机碎屑（以植物废弃物为主），如秸秆碎屑、木屑、花生壳、甘蔗渣等，将原位土壤、天然矿物和碎屑按质量比例（100-150：5-10:1-2）混匀待用；
5、常水位以下（0.8-1.0m）基底改善与生态修复。在常水位以下水体底部铺设生态混凝土构件，长度为1-3m，在铺设前，需将改良土壤植入到生态混凝土构件中，并填入保水剂、缓冲剂、有机肥料以及微量元素等，植入深度为10-20cm，同时将植被提前种植于生态混凝土构件中，种类为芦苇、香蒲、再力花、美人蕉其中的一种或二至四种的任意组合等，待植被生长稳定且根系与土壤和生态混凝土连为一体时，再铺设生态混凝土构件；在生态混凝土构件与堤岸的角落处铺设大型石块，长度为0.5-1m，发展能在岩石上生长的大型藻类，如刚毛藻、丝状藻、水绵等；
所述的有机肥料主要来源于植物和（或）动物，施于土壤以提供植物营养为其主要功能的含碳物料。经生物物质、动植物废弃物、植物残体加工而来，富含大量有益物质，不仅能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性，是绿色食品生产的主要养分，主要来源为人畜粪便、秸秆、动物残体、屠宰场废弃物等，种类包括饼肥（菜籽饼、棉籽饼、豆饼、芝麻饼、蓖麻饼、茶籽饼等）、堆肥、沤肥、厩肥、沼肥、绿肥等。
所述的微量元素是相对主量元素（如氮磷钾等）来划分的，主要包括铁、硼、砷、锰、铜、钴、钼、锌等元素，来源主要是微量元素肥料，如硼肥、锌肥、铜肥、锰肥、 铁肥或复合肥。
所述的保水剂是高吸水性树脂，它是一种吸水能力特别强的功能高分子材料。无毒无害，反复释水、吸水，因此农业上人们把它比喻为"微型水库"。同时，它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。高吸水性树脂广泛用于农业、林业、园艺、建筑材料；在工业方面可广泛应用于石油化工、电缆、造纸、传感器、灭火器具、纤维制品、化妆品、食品保鲜、膨胀玩具等。
所述的缓冲剂能被用来控制高温高压状态下，或常温常压下，气体或液体逸度的固体组合，它可以是固态的也可以是液态的。 化学工程中的缓冲剂常称为酸碱稳定剂，一般是盐类，如强酸弱碱或弱酸强碱盐类，在反应或保存中逐渐释出盐中的酸或碱以保持稳定的酸碱值。
6、常水位（0.8-1.0m）与洪水位（3.8-4.0m）之间基底改善与生态修复。在常水位与洪水位之间铺设现浇生态混凝土，长度为3-5m，在生态混凝土现浇时留有或制造孔洞，将改良土壤和保水剂、缓冲剂、有机肥料、微量元素、植被种子植入到现浇生态混凝土的孔洞中，植入深度为10-20cm，植被种类有芦苇、香蒲、狗牙根、马莲花其中的一种或任意组合等；
7、洪水位以上基底改善与生态修复。洪水位以上铺设砌石石块，长度为4-10m，石块缝隙内植入改良土壤、有机肥料、微量元素、植被种子等，植被种类有枸杞、金银花、常青藤、千屈菜、飞蓬草、牛鞭草、艾草、早熟禾等其中的一种或二至八种的任意组合；
8、堤岸顶部基底改善与生态修复。堤岸顶部在原有土壤的基础上铺设当地砂壤两段，长度为1-3m，在砂壤之间铺设碎石道路，长度为1-2m。砂壤上种植迎春花、鸡冠花、黄菖蒲、野菊花等其中的一种或二至四种的任意组合的观赏花卉，同时在碎石道路两侧种植柳树、白杨、水杉等具有喜水特性的植物；
9、维护与管理。采取一定的维护管理措施：1）定期检查（每月一次）维护堤岸破面的稳固性；2）定期（每年一次）检查维护生态混凝土的结构完整性，观察是否有开裂或破碎情况；3）定期（每年一次）维护模块或孔洞内的土壤，观察土壤是否有缺失；4）定期（每月一次）维护管理植被，重点防范害虫和人为因素对植被的破坏。在植被衰亡后，安排收割移除等。
该方法的实施有望达到迎风面堤岸结构稳固可靠、植被覆盖率和多样性高、污染拦截能力强、景观效果好等多重目的，实现迎风面堤岸植生性、稳固性、景观性、协调性的完美统一，且工程投资低，实施简便，运行维护成本几乎可以不计，具有重要的应用前景。该方法已在巢湖市碧桂园小区和小柘皋河的堤岸上应用，目前堤岸结构稳固，未出现破损坍塌等情况，生态混凝土结构完整，性能可靠，植被覆盖率达90%以上，生物多样性指数提高50％。
本发明与现有技术比较有以下优点和效果：
1、生态混凝土物化性能得到大幅提升。该生态混凝土是由低碱度水泥、粗骨料、保水材料等按照特殊工艺制成，具有良好的连续透水透气性，可保证水气流通。其结构的多孔性确保优良的排水透水性能、植生性能及净化水质性能，结合其低碱度有利于植物根系有效生长穿梭于生态混凝土的空隙中。虽然相比普通混凝土其硬度和强度略差，但这不影响生态混凝土在迎风面的稳固性。该生态混凝土的耐久性已得以确认，至今未发现破损现象。同时，该生态混凝土的透水透气性和改良土壤的肥沃可使微生物、附着生物、微生物膜及小动物在其凹凸不平的表面或连续空隙内或土壤中生息，保持了生物的多样性，具有显著的生态效应；
2、生态混凝土污染拦截功能得以体现。生态混凝土有较小的孔径和较大的比表面积，因此具有良好的过滤和吸附功能，使流经的雨水得到净化。生态混凝土中可以溶出的氢氧化钙、氢氧化铝等是一种无机混凝剂，可以使水中的胶体物质脱稳后絮凝后沉淀下来。生态混凝土的多孔结构提供了适于微生物生长的生存环境，在其表面和内部有大量的细菌栖息繁衍，包括硝化菌、甲烷菌、脱氮菌等好氧性和厌氧性细菌，有助于营养的拦截与去除；
3、原位土壤改良大幅提升植生性和污染拦截能力。原位土壤筛选无机磷成分低且有机质较高的红壤、棕红壤、黄壤等，并辅以天然吸附矿石和自然有机碎屑，这既降低无机磷进入水体的可能性，又增加磷吸附位点与有效性，同时增强反硝化脱氮的能力，达到最大程度拦截营养进入湖泊的效果；
4、植被筛选突出土著和营养削减的特征。在植被的筛选中，以土著植被为主，兼顾具有强营养吸收和反硝化脱氮的功能，体现原位性、景观效果、营养削减等效果；
5、多种不同领域技术的综合优化应用。该方法集成了基底改善技术、生态混凝土技术、基底营养削减技术、植被恢复技术等，充分发挥生态混凝土的稳固性与透水透气性、基底的植生性与营养削减技术、植被的水质净化技术，有效耦合生态混凝土-原位土壤-植被三种之间的关系，达到稳固植生和营养削减的多重效果；
6、首次将生态混凝土改良-原位土壤改善-植被恢复集成技术应用到风浪较大的堤岸中。生态混凝土护坡技术在国内外的应用已有较多报道，但多是用于公路、山地斜坡、河流等风浪较小的区域，很少应用到风浪较大的堤岸中。本发明充分迎风面堤岸风浪较大淘蚀严重的特点，对传统的生态混凝土性能进行改良处理，使其具备防风浪淘蚀、高透水性与孔隙度、高稳固性、植生性等诸多性能，同时充分考虑生态混凝土、原位土壤、植被三者之间的关系进行优化组合应用；
7、本发明在巢湖市碧桂园小区（老船长至汪家嘴）和小柘皋河的堤岸上应用，目前各项指标运行良好且稳定，堤岸结构稳固，未出现破损坍塌等情况，生态混凝土结构完整，性能可靠，植被覆盖率达90%以上，生物多样性指数提高50％。
附图说明
图1 为一种用于迎风面堤岸的基底改善与生态修复方法示意图。
其中：1-生态混凝土构件、2-生态混凝土构件内植被、3-大型石块、4-大型石块上附着植被、5-现浇生态混凝土、6-现浇生态混凝土孔洞内植被、7-砌石石块、8-砌石石块缝隙内植被、9-砂壤、10-砂壤上植被、11-砂壤、12-砂壤上植被、13-碎石道路。
具体实施方式
实施例1:
下面结合附图1对本发明做进一步详细描述。
一种用于迎风面堤岸的基底改善与生态修复方法，其步骤是：
1、区域选择。工程实施区域应选择风浪较大或冲刷较强的堤岸（湖泊、水库、河流等），堤岸附近具备工程实施条件：堤岸坡度在15或20或25或30或35或40或45或50或55度之间，具备施工车（搅拌车、运输车等）作业场地和道路；
2、破面平整压实。修整堤岸坡面，达到平整的目的，同时对堤岸土壤进行压实加固，确保土壤破面稳固，堤岸坡度以1:2-1:1为佳；
3、生态混凝土构建。按照生态混凝土中各组分比例进行混合配比，各成分和配比比例为：江砂300或310或320或330或340或350kg，粒径为10或13或15或18或20mm的碎石900或940或980或1000kg，水泥（P.O42.5R）180或185或190或195或200kg，水40或45或50L，掺合剂45或48或50kg，选用粉煤灰和矿渣为主，以提高生态混凝土的强度和降低孔隙内碱度。化学添加剂30或33或35kg，选用具有高效减水和增黏增韧效果的聚合乳液、木质素磺酸盐、糖蜜等，以提高胶结材料的胶凝效果。将江砂、碎石、水泥、水、掺合剂、化学添加剂等搅拌混匀后部分（具体比例根据生态混凝土构件和现浇生态混凝土所需用量而定）添加到生态混凝土球形预制块中，单球直径250 mm，在球中预留三维方向的通孔，球成型后用Φ18钢筋（需防锈蚀处理）进行连接，球体之间形成长度约98或100或102 mm的方孔，待生态混凝土凝固后拆除预制块，自然晾干，养护30天以上，五十天以下，形成生态混凝土构件1。养护后生态混凝土抗压强度可达15或20或25或30 MPa，孔隙率可达20或24或28或30％，透水系数达到1.5或2或2.4或2.7或3.0 cm/s，具有良好的透水性和透气性。掺合剂的添加使生态混凝土内部的pH值在8或9或10之间，为低碱度生态混凝土。部分（具体比例根据生态混凝土构件和现浇生态混凝土所需用量而定）搅拌混匀的生态混凝土留用制作现浇生态混凝土5；
4、改良土壤制备。筛选当地有机质活性高且吸附位点多的原位土壤，如红壤、棕红壤、黄壤等，并对原位土壤进行改良，添加少量（土壤与矿石质量比为:10或15或20或25或30：1）天然矿石，如方解石、铁锰颗粒、沸石、高岭土等，同时添加少量（土壤与碎屑质量比为:50或70或90或110或130或150：1）有机碎屑，如秸秆碎屑、木屑、花生壳、甘蔗渣等其中的一种或二至四种的任意组合，将原位土壤、天然矿物和碎屑按质量比例（100-150：5-10:1-2）混匀待用；
5、常水位（0.8-1.0m）以下基底改善与生态修复。在常水位14以下水体底部铺设生态混凝土构件1，长度为1或1.5或2或2.6或3m，在铺设前，需将改良土壤植入到生态混凝土构件中，并填入保水剂、缓冲剂、有机肥料以及微量元素等，植入深度为10或15或20cm，同时将植被2提前种植于生态混凝土构件中，植被2种类为芦苇、香蒲、再力花、美人蕉等其中的一种或二至四种的任意组合，待植被生长稳定且根系与土壤和生态混凝土连为一体时，再铺设生态混凝土构件1，水底的混凝土构件能有效防止风浪对水体底部的冲击，待生态混凝土上形成生物膜之后能对水体中的污染物进行净化，同时生态混凝土的多孔结构能为浮游动物等水生动物提供适宜的生存环境和生存空间；在生态混凝土构件1与堤岸的角落处铺设大型石块3，长度为0.5-1m，主要作用是防止上层的基质滑落，该处的植被4选择能在岩石上生长的大型藻类，如刚毛藻等；
6、常水位（0.8-1.0m）与洪水位（3.8-4.0m）之间基底改善与生态修复。在常水位14与洪水位15之间铺设现浇生态混凝土5，长度为3或3.5或4或4.6或5m（依据水位变化），在生态混凝土现浇时留有或制造孔洞，将改良土壤和保水剂、缓冲剂、有机肥料、微量元素、植被种子植入到现浇生态混凝土5的孔洞中，植入深度为10或15或20cm，植被6的种类自下而上选择有芦苇、香蒲、狗牙根、马莲花等其中的一种或二至四种的任意组合；
7、洪水位以上基底改善与生态修复。洪水位15以上铺设砌石石块7，长度为4或5或6或7或8或9或10m（依据堤岸长度），石块缝隙内植入改良土壤、有机肥料、微量元素、植被种子等，植被8种类有枸杞、金银花、常青藤、千屈菜、飞蓬草、牛鞭草、艾草、早熟禾等其中的一种或二至八种的任意组合，草灌结合；
8、堤岸顶部基底改善与生态修复。堤岸顶部在原有土壤的基础上铺设当地砂壤9和砂壤11，长度分别为2或2.5或3m和1或1.5或2m，在砂壤9和砂壤11之间铺设碎石道路10，长度为1或1.5或2m。砂壤上种植植被10和植被12，种类为迎春花、鸡冠花、黄菖蒲、野菊花等其中的一种或二至四种的任意组合观赏花卉，同时在碎石道路13两侧种植柳树、白杨、水杉等具有喜水特性的植物，由它们发达的根系稳固砂壤颗粒增加堤岸的稳定性；
9、维护与管理。采取一定的维护管理措施：1）定期检查（每月一次）维护堤岸破面的稳固性；2）定期（每年一次）检查维护生态混凝土的结构完整性，观察是否有开裂或破碎情况，若发现问题，及时更换；3）定期（每年一次）维护模块或孔洞内的土壤，观察土壤是否有缺失，是否缺少水分或营养等，若发现问题，及时补充；4）定期（每月一次）维护管理植被，重点防范害虫对植被的破坏，在虫害多发期，定期打药（百菌清、代森锰锌、粉锈宁、锌硫磷等）防虫害。同时避免外界人为因素对植被的破坏与损伤。在植被衰亡后，安排收割移除等。
该方法的实施有望解决迎风面堤岸易塌陷且物种多样性较差的问题，达到迎风面堤岸结构稳固可靠、植被覆盖率和多样性高、污染拦截能力强、景观效果好等多重目的，实现迎风面堤岸植生性、稳固性、景观性、协调性的完美统一，且工程投资低，实施简便，运行维护成本几乎可以不计，具有重要的应用前景。